Новые электродные материалы и электролиты для оптимизации электрохимических характеристик водородно-воздушного топливного элемента с газодиффузионными электродами нового поколения на основе платинированных углеродных нановолокнистых электроспиннинговых матов, полученных пиролизом азотсодержащих полимеров, и полибензимидазольными протонпроводящими мембранами

Проведена разработка высокоэффективных газодиффузионных электродов принципиально нового типа - на основе карбонизованных при температурах 600 - 1200°С ПАН/ПГА электроспиннинговых матов (в том числе наполненных микропористыми сажами, переходными металлами и их соединениями), которые успешно использованы в сборках МЭБ водородно-воздушного ТЭ на полибензимидазольной ПБИ-О-ФТ мембране. Вольтамперные характеристики таких МЭБ при атмосферном давлении не уступают, а в ряде случаев превосходят по основным параметрам (при одинаковых условиях испытаний) и стабильности характеристик, параметры, достигнутые компанией BASF (PEMEAS) для МЭБ на основе ПБИ мембран марки Celazol®. Для разработки таких МЭБ повышенной эффективности и энергонапряженности были успешно решены следующие задачи: методом ЭС получены, пиролизующиеся без механического разрушения макропористые (свободный объем 80 - 90%) самонесущие ННМ на основе широкого круга азотсодержащих полимеров (в том числе с добавками высокопористых электропроводящих саж) и состоящие из нановолокон, содержащих на своей поверхности субмикро-, микро- и мезопоры, необходимые для нанесения активного нанокристаллического платинового катализатора; оптимизированы режимы карбонизации в вакууме и аргоне электроспиннинговых матов на основе ПАН, ПГА и их смесей с целью оптимизации всего комплекса их свойств и увеличения каталитической активности платиновых электродов на их основе. Повышена интенсивность электрохимических реакций на электродах за счет оптимизации получения наноструктурированных платиновых и композиционных С/(Ni, Co, Fe,Zr) материалов, позволяющих создать более совершенные по организации структуры и морфологии электродов, с более эффективным использованием катализаторов; усовершенствована конструкция газодиффузионных слоев для подвода реагентов, протонного переноса и отвода продуктов реакции с использованием микропористых композиционных углеродных и полимерных материалов. Изготовлены и проведены испытания образцов - прототипов ТЭ на основе новых наноструктурированных газодиффузионных электродов и новейших протонпроводящих ПБИ мембран с удельной плотностью мощности 0,2 - 0,42 Вт/см² (водород - воздух). Проведены ресурсные испытания ТЭ в реальных условиях непрерывной работы в гальваностатическом режиме при 180°С и плотности тока 0,6 А/см² в течение более 300 ч с полным сохранением электрохимических характеристик на уровне не ниже 0,570 В (мощность 0,342 Вт/см²), что превышает аналогичные показатели коммерческих BASF (PEMEAS) МЭБ на основе ПБИ мембран марки Celazol® (мощность 0,330 Вт/см²), тестировавшихся в тех же условиях.